有机负荷及pH控制耦合影响下餐厨垃圾厌氧消化性能及微生物群落动态

摘要

本研究考察了不同有机负荷和高负荷胁迫下pH控制对餐厨垃圾序批式厌氧消化性能及微生物群落的影响.当有机负荷为7.5、15和30g VS/L时,甲烷产量达到575.9±34.2、569.3±24.8和531.9±26.2mL/g VS.但在超高负荷(45gVS/L)下,有机酸累积至25000mg/L以上,强烈抑制甲烷生成,甲烷产量仅18.7±3.2mL/g VS.此时,若将单一生态因子pH控制在6.5、7.0和7.5,即可显著改善超高负荷下有机酸抑制问题,表现为控制pH的反应器产气滞后期更短、甲烷产率峰值和甲烷含量更高、有机酸降解更迅速.超高负荷下将pH控制在7.5时,甲烷产量最高为525.3±23.4mL/g VS,甲烷含量为62.4±3.1％,VS(挥发性固体)去除率高达88.5±2.9％.高通量测序分析发现,系统酸化的同时细菌科Syntrophomonadaceae和unidentified Bacteroidales相对丰度显著下降,而unidentified Clostridiales显著生长.在超高负荷与pH控制耦合影响下,厌氧系统表现出来的高稳定性与产甲烷菌属Methanosarcina显著生长密切相关.Methanosarcina具有最多样的产甲烷途径,能提高系统对有机酸的耐受性.此外,调节pH能刺激互营细菌Syntrophomonadaceae生长,同时有助于维持氢营养型产甲烷菌较高的活性,因而确保了互营细菌与产甲烷菌间建立高效互营关系,避免有机酸过度累积.微生物群落多样性分析表明,古菌对有机负荷和pH变化比细菌更敏感.pH控制对产甲烷菌的适应性选择导致古菌群落多样性显著下降.